JP4808870B2 - 非接触型ｉｃカード用リーダライタの制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触型ＩＣカード用リーダライタに関し、さらに詳しくは、１種類のリーダライタで、変復調方式の異なる複数のＩＣカードを同時に読み書きするリーダライタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣカードと呼ばれる新しい情報記録媒体が、市場に広く出回っている。ＩＣカードは、クレジットカード、銀行カード、ポイントカード等のカード状あるいはシート状の形状を備え、カード内にＩＣ（Integrated Circuit）が組み込まれているものを総称した名称である。ＩＣカードは大きく分けて接触型、非接触型の２種類に分けられる。接触型とは、カード表面に端子が設けられており、その端子とリーダライタ側の端子とを接触させつつ、該端子を通じて信号のやり取りを行うものである。現在、使い捨てタイプのＩＣカードはヨーロッパ等の国々ではテレホンカードとして広く流通している。また、情報の書き換え可能なタイプを、マネーカードとして使用する実験が各国で行われており、金融関係で使用されるカードとして注目されている。
また、非接触型ＩＣカードは、鉄道の乗降時に使用される定期券として、現在の磁気カード方式に代わり採用することが検討されている。さらに、官公庁では、省資源ならびに環境問題に鑑み、ペーパーレス化を推進する意味と、省力化を実現する一環として、ＩＴ(Information Technology)化が強力に推し進められており、特に、福祉や公共施設の利用、各種証明書交付など、国、地方自治体の幅広い行政サービスに効率的に使えるカードとして、ＩＣカード化の動きが出てきている。
特に、前記した非接触ＩＣカードは、データのやり取りを電波で行うため、改札口通過の際に、一々定期券を取り出す必要がなく、定期入れや鞄等の中からでも情報交換できるため、利便性が大きく向上するものと期待され、従来の記録媒体に代わるものとして注目されている。しかし、利便性やメーカの都合だけでＩＣカードやリーダライタの仕様を決めてはならない。なぜならば、現実として現システムが稼動し、それを使用するお客が多数いるからである。従って、新しいシステムの仕様を決定する場合、必ず、現システムとの互換性を考えなければならない。例えば、定期代の削減のために、定期区間を分割して購入する、分割定期券があり、同タイプの定期券を複数枚同時にかざすことがある。
【０００３】
図７は、従来例におけるＩＣカードとリーダライタ間のプロトコルを説明する図である。図７（ａ）は、異種タイプのＩＣカードを識別するプロトコルを説明する図であり、図７（ｂ）は、同種タイプのＩＣカードが複数枚同時にかざされた時のプロトコルを説明する図である。図７を参照してその動作を説明する。図７（ａ）において、タイムスロット▲１▼では、ポーリング信号ＢがＢ方式カードとＣ方式カードに送信される。もしここで、Ｃ方式カードがかざされると、方式が異なるため応答はない。次に、ポーリング信号ＣがＢ方式カードとＣ方式カードに送信されると、Ｃ方式カードから応答信号が発せられ、Ｃ方式カードであることが認知される。タイムスロット▲２▼では、まず、ポーリング信号ＢがＢ方式カードとＣ方式カードに送信され、Ｂ方式カードがかざされると、Ｂ方式カードから応答信号が発せられ、Ｂ方式カードであることが認知される。以下、同様にしてＢとＣのポーリング信号が交互に送信され、それに合致した方式のＩＣカードが応答を返す方式である。
図７（ｂ）は、前述した分割定期券の例であり、例えば、１タイムスロット内の時間ｔ０で、ポーリング信号を送信すると、時間ｔ１でＢ方式カード＃１（１枚目の定期券）が応答信号＃１を返す。次に、時間ｔ３でＢ方式カード＃２（２枚目の定期券）が応答信号＃２を返す。このタイミングは実際には、信号が衝突しないようにカード側で発生した乱数のある桁が、リーダライタが指定したスロット番号に一致したものだけが応答する権利が与えられる、所謂、スロットマーカ方式等で行われる場合について説明した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在、リーダライタとＩＣカードとのインタフェースおよび制御は、ＩＳＯ７８１６の規格に基づいて行われており、また、非接触ＩＣカードで使用される電波の周波数と変復調方式は、ＩＳＯ１４４４３により規定されている。しかしながら、民間、特に交通系で使用されようとしている非接触ＩＣカードの規格は、ＩＳＯ１４４４３タイプＣであり、官公庁で使用される規格は、ＩＳＯ１４４４３タイプＢが予定され、その変復調方式が異なるものである。そのため、システムを利用する使用者は、自己が有する特定種類のＩＣカードに合致した専用のリーダライタ以外を利用することが出来ず、利便性に欠けるといった問題が発生する。
また、図７（ａ）では、異種タイプのカードを１枚ずつかざされた場合、それを識別する方式であり、同時に複数枚の場合はその識別は困難である。さらに、図７（ｂ）は、同種タイプの複数枚の識別は可能であるが、異種タイプの複数枚の識別は困難であった。
本発明は、かかる課題に鑑み、変復調方式が異なるＩＣカードを、同じリーダライタに通しても、その変復調方式を判別し、さらに、異種タイプの複数枚のカードを判別して、それに合致した読み書きが可能なリーダライタを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１の発明は、ＩＣカードのループアンテナを介して、所定の変復調方式に基づく搬送電力の送信とデータの授受を非接触にて行う非接触型ＩＣカード用リーダライタの制御方法において、複数のコマンド信号を交互に送信するポーリング送信ステップと、該ポーリング送信ステップにより送信されたコマンドに対する応答信号を検出する応答信号検出ステップと、複数の前記非接触型ＩＣカード間の通信の衝突防止のために乱数を発生する乱数発生ステップと、を備え、前記ポーリング送信ステップは、複数の異なる変復調方式のコマンドを順次送信し、前記応答信号検出ステップが前記乱数発生ステップから発生される乱数と一致した特定のコマンドに対応する応答信号を受信した場合、該特定のコマンドに対応する変復調方式に基づき、前記非接触型ＩＣカードとのデータの授受を行うことを特徴とする。
かかる発明によれば、リーダライタ側に複数の変復調方式を用意して、それを順次ポーリング送信し、カード間の通信の衝突を防止するために乱数により照合するため、カード間の通信の衝突を確率的に減少させ、必ず所望の複数の変復調方式がみつかり、確実にＩＣカードとの通信を成立させることができる。
【０００８】
また、請求項２の発明は、前記ポーリング送信ステップは、複数の異なる変復調方式のコマンドをポーリングの最大時間間隔単位で順次送信すると共に、前記異なる変復調方式の最後のポーリングが終了した場合、最初に送信した変復調方式に戻り、該動作を繰り返すことも本発明の有効な手段である。
ここで、最後のポーリングとは、例えば、Ａ、Ｂ、Ｃの３種類のタイプのカードがあった場合、ポーリングも３種類順次送信する必要がある。このとき、各タイムスロット毎にＡから順次Ｃまでポーリングをした場合、Ｃが最後のポーリングとなる。そして、最初の変復調方式Ａに戻り、同じ順番でポーリングを繰り返す。かかる技術手段によれば、異なるタイプのポーリングをサイクリックに行うため、制御が簡単となり、均一の頻度で平等にポーリングが可能となる。
また、請求項３の発明は、前記ポーリング送信ステップは、複数の異なる変復調方式のコマンドをポーリングの最大時間間隔単位で順次送信し、前記応答信号検出手段が前記ポーリングの最大時間間隔内で前記特定のコマンドに対応する複数の応答信号を受信した場合、次のポーリングを前記最大時間間隔を待たずに開始することも本発明の有効な手段である。
前記請求項２では、ポーリングの間隔が必ず最大時間間隔毎に行われていた。この場合は、制御は単純化されるが、プロトコルの時間は最大となる。そこで、規定枚数（予め１タイムスロット間でプロトコルする枚数）を決めておき、あるタイムスロットで複数の応答信号を受信した場合、その規定枚数分の応答信号を受信すると、次のポーリングを開始する。かかる技術手段によれば、１タイムスロット間の最後の応答信号を受信すると、次のポーリングを開始するので、全体のプロトコル時間を短縮することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の一実施形態のＩＣカード用リーダライタの構成を示すブロック図である。このＩＣカード用リーダライタ１００の構成は、外部にありリーダライタ１００に対してデータの授受を行ってシステム全体を制御するコンピュータ５０と、外部のコンピュータ５０とのデータの通信プロトコルを司る送受信装置１と、リーダライタ１００全体の動作を制御する制御装置２と、制御装置２を動作させる手順を記録したファームウェアと複数の変復調方式を格納するメモリ装置３と、制御装置２からのデータを搬送波に乗せて変調する変調器４と、操作コマンドを入力する入力装置５と、制御装置２からの情報を表示する表示装置６と、制御装置２からの交流信号である電力供給用信号と変調器４からの書き込みコマンドを電力増幅する電力増幅器７と、ループアンテナ９から受信した搬送波から２値化データに変換する検波復調器８と、図示しないＩＣカードとの電力用搬送波とデータの授受をするループアンテナ９と、複数のＩＣカード間の通信の衝突防止のために乱数を発生する乱数発生装置１０から構成されている。
なお、制御装置２、メモリ装置３、変調器４、電力増幅器７が主としてポーリング送信手段及び算出手段を構成している。また、検波復調器８、制御装置２、メモリ装置３が主として応答信号検出手段と応答信号計数手段を構成している。
【００１０】
次に、本構成によるリーダライタ１００の動作を説明する前に、対を成すＩＣカードの構成を先に説明しておく。図６は、本発明の実施形態の非接触型ＩＣカードの構成を示すブロック図である。実施形態の非接触型ＩＣカード２００の構成は、前記リーダライタ１００からの電力用搬送波によりデータの授受をするループアンテナ２０と、書き込みコマンド読み出しコマンドを生成する送受信回路２１と、ループアンテナ２０からの電力用搬送波を受け、それを整流して直流電力に変換する電力生成回路２２と、制御用ファームウェアとデータの一時記憶を司るメモリ装置２３と、搬送波に制御回路２６からの送信コマンドを乗せて変調する変調器２４と、送受信回路２１からの搬送波データから２値化データに変換する復調器２５と、ＩＣカード２００の全体の動作を制御する制御回路２６から構成されている。
次に、図１と図６を併せて参照してそれぞれの動作について説明する。リーダライタ１００は、図示しない電源が入れられると制御装置２のイニシャル動作後、メモリ装置３に記憶されたプログラムに従い動作を開始する。まず、制御装置２は、ＩＣカード２００に供給する電力供給用信号と、ポーリング信号を交互に電力増幅器７から送信する。その信号は、ループアンテナ９から電磁波として外部に放射される。例えば、ＩＳＯ１４４４３タイプＢでは、中心搬送周波数１３．５６ＭＨｚ±７ＫＨｚ、ＡＭ変調度１０％、変調方式ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、符号化方式はＮＲＺ−Ｌ、通信速度が１０６ｋｂ／ｓで行われる。次に、ＩＣカード２００がリーダライタ１００に近接すると、ループアンテナ２０が電力供給用信号を受信し、電力生成回路２２によりその搬送波を整流して直流電力に変換して、カード内の全ての回路に供給する。電力を供給されて制御回路２６が駆動すると、メモリ装置２３に格納されたプログラムに従って、制御を開始する。ＩＣカード２００は前記と同じ規格に従えば、通信方式は、負荷変動方式、リーダライタとの通信関係は、リーダライタ１００からの固有の呼び出しコードを認識して初めて返信する、また、副搬送波は中心搬送波の１／１６の８４７．５ＫＨｚ、変調方式は位相変調、符号化方式はＮＲＺ−Ｌ方式、通信速度は１０６ｋｂ／ｓである。
【００１１】
次に、図６の制御回路２６は、まず送受信回路２１からコマンドを復調器２５で復調して２値化信号に変換し、そのコマンドを解析する。その結果自分が呼び出されていることを認識すると、レスポンスを変調器２４により変調して送受信回路２１を介してループアンテナ２０から送信する。このレスポンスをリーダライタ１００がループアンテナ９で受信して、検波復調器８で２値化コードに変換し、制御回路２により解析してＩＣカード２００が規格に合致したカードであると認識する。それにより、以後リーダライタ１００とＩＣカード２００の間で通信が行われる。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する前に、ポーリングの基本的な動作について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施形態の共通動作であるポーリング送信にについて説明するフローチャートである。図１と図６を併せて参照しながら説明する。以下、全ての実施例では方式がＢ、Ｃの２種類の場合について説明する。
まず、リーダライタ１００から方式Ｂのポーリングを送信する（ポーリング送信手段）（ステップＳ１）。次に、ＩＣカード２００からのレスポンスがあるか否かをチェックする（応答信号検出手段）（ステップＳ２）。これは前記で説明した通り、制御回路２６は、まず送受信回路２１からコマンドを復調器２５で復調して２値化信号に変換し、そのコマンドを解析する。その結果、方式Ｂの自分が呼び出されていることを認識すると、レスポンスを変調器２４により変調して送受信回路２１を介してループアンテナ２０から送信する。このレスポンスをリーダライタ１００がループアンテナ９で受信して、検波復調器８で２値化コードに変換し、制御装置２により解析してＩＣカード２００が方式Ｂのカードであると認識する。それにより、以後リーダライタ１００とＩＣカード２００の間で通信が行われる（ステップＳ３）。
もし、レスポンスがこない場合、次の方式Ｃのポーリング送出に進む（ステップＳ４）。これ以降は前記と同様に、ＩＣカード２００からのレスポンスがあるか否かをチェックし（ステップＳ５）、あれば方式Ｃの処理をし（ステップＳ６）、レスポンスがなければ、ステップＳ１に戻る。これにより、リーダライタ１００側に複数の変復調方式を用意して、それを順次ポーリング送信するため、必ず所望の複数の変復調方式がみつかり、確実にＩＣカード２００との通信を成立させることができる。
【００１２】
図２は、本発明の第１の実施形態の動作を説明する図である。図１、６と併せて参照しながら説明する。非接触型ＩＣカードの無電池型は、リーダライタにこのカードを近接させたときに非接触状態でリーダライタからの搬送波を内部のループアンテナで受信し、それを整流して自らの電力として駆動するタイプである。ここで、１種類の変復調方式であれば、決められた変復調方式でポーリング送信を行えばよいが、複数の異なる変復調方式を持った非接触型ＩＣカードが存在する場合は、その種類に対応した変復調方式を用意すると共に、ＩＣカード間の通信の衝突防止の対策をとらなければならない。一般的には、信号が衝突しないようにカード側で発生した乱数のある桁が、リーダライタが指定したスロット番号に一致したものだけが応答する権利が与えられる、所謂、スロットマーカ方式が利用される。そして、順次ポーリング信号送信時に送信して、そのレスポンスの有無により変復調方式を認識する方法が考えられる。
図２のＴ１は、最大時間間隔のタイムスロットを表している。そのＴ１内はさらにｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ３の４つに分割されている。本実施形態では、例えば、ｔ０でポーリングＢを送信すると、ｔ２でＢ方式カード＃１からＢ＃１応答信号が返ってくる。そして、ｔ３まで時間が経過すると、タイムスロットＴ１が終了して、次のタイムスロットＴ１が始まり、ｔ０でポーリングＣを送信する。ここで、ＩＣカード間の通信の衝突防止の対策をとりながら、応答信号を待ち、ｔ１でＣ方式カード＃１からＣ＃１応答信号が返ってくる。次にｔ３でＣ方式カード＃２からＣ＃２応答信号が返ってくる。ここで、タイムスロットＴ１が終了して、次のタイムスロットＴ１が始まり、前記と同様にポーリングＢを送信する。
そして、この動作が繰り返される。
このように、ポーリングの間隔は、最大５ｍｓとＩＳＯで規定されている。つまり、この時間がポーリングの最大時間間隔である。従って、最大でもこの時間内に一つのタイプのポーリングに対する応答信号がこなければならない。そして、この時間を経過すると次のタイムスロットに移行し、タイプの異なるポーリングが行われる。そして、タイムスロット内で、１若しくは複数の応答信号を受信した場合、それぞれのコマンドに対応する変復調方式で通信が行われる。
これにより、異なるタイプのポーリングを一定の時間間隔で行うので、制御が容易となり、ハードウェアのコストダウンとソフトウェアの簡略化が可能となる。さらに、ポーリングをＢ，Ｃと繰り返し行われるため、制御が簡単となり、均一の頻度で平等にポーリングが可能となる。
【００１３】
図３は、本発明の第２の実施形態の動作を説明する図である。図１、６と併せて参照しながら説明する。同じ構成要素には同じ参照番号が付せられているので、重複する説明は省略する。本実施形態では、例えば、Ｃ方式カードが規定枚数（予め１タイムスロット間でプロトコルする枚数）を２枚と決めておくとする。ｔ０でポーリングＢを送信すると、ｔ２でＢ方式カード＃１からＢ＃１応答信号が返ってくる。そして、ｔ３まで時間が経過すると、タイムスロットＴ１が終了して、次のタイムスロットＴ２が始まり、ｔ０でポーリングＣを送信する。ここで、ＩＣカード間の通信の衝突防止の対策をとりながら、応答信号を待ち、ｔ１でＣ方式カード＃１からＣ＃１応答信号が返ってくる。次にｔ２でＣ方式カード＃２からＣ＃２応答信号が返ってきたとすると、規定枚数に達したのでｔ３を待たずに、次のタイムスロットＴ１が始まり、前記と同様にポーリングＢを送信する。このとき、図２であれば、本来（Ｂ）の位置で次のタイムスロットが始まるが、１タイム早く次のタイムスロットがはじまり、この動作が繰り返される。
従って、このときはＴ１＞Ｔ２の関係になる。また、このような関係が常にあるわけではなく、確率的にＴ１のタイムスロット分時間がかかる場合もある。
これにより、１タイムスロット間の規定枚数の最後の応答信号を受信すると、次のポーリングを開始するので、全体のプロトコル時間を短縮することができる。
【００１４】
図５は、本発明の第３の実施形態の動作を説明するフローチャートである。図１、６と併せて参照しながら説明する。同じ構成要素には同じ参照番号が付せられているので、重複する説明は省略する。人為的に使用頻度を調査してその結果から、優先度を決定する方法もあるが、実際には困難である。そこで、本実施形態ではリーダライタ１００自らが学習機能を持ち、日々の蓄積データからどの方式が最も使用頻度が高いかを統計的に計算し、その結果からポーリング回数を計算する方法である。また、使用頻度は一定ではなく、時間、日、曜日、月により変動する要素を含んでいる。例えば、時間でいえば、朝夕のラッシュアワーとそれ以外の時間では大きく異なるし、また、曜日でいえば、ウイークデイとウイークエンドでは人の動き方が全く異なる。これらの変動要因を人為的に解析するのには限界がある。また、リアルタイムに変動要因を捉えることも困難である。そこでまず、リーダライタ１００がＩＣカード２００からのレスポンスを、各方式毎にカウントしておく（応答信号計数手段）（ステップＳ６０）。次に、Ｂ方式のレスポンスの回数からポーリングの送信回数（ＮＢ）を計算する（算出手段）（ステップＳ６１）。この計算方法はいろいろあるが、最も単純な方法として、レスポンス回数の１／５とか１／１０にする方法があり、または、上限を設けてそれ以上は一定の回数にする方法がある。
次に、その算出された回数（この場合は、ＮＢ＝ｎ１）になったかを検出する（ステップＳ６２）。ｎ１に満たなければ、Ｂ方式の処理を実行し（ステップＳ６３）、ステップＳ６２に戻る。ｎ１になれば、次のステップＳ６４に進む。
次に、前記と同様に、Ｃ方式のレスポンスの回数からポーリングの送信回数（ＮＣ）を計算する（ステップＳ６４）。次に、その算出された回数（この場合は、ＮＣ＝ｎ２）になったかを検出する（ステップＳ６５）。ｎ２に満たなければ、Ｃ方式の処理を実行し（ステップＳ６６）、ステップＳ６５に戻る。ｎ２になれば、最初のステップＳ６０に戻る。これにより、リーダライタ１００が自ら学習して変復調方式の使用頻度を計算するため、人の手を煩わすことなく、正確でしかもリアルタイムに実情に合ったポーリング送信を行うことができる。
尚、前記実施形態の説明において、本発明のリーダライタは、ＩＣカードに対してスロットの数のみを指定し、ＩＣカード側は、乱数を発生して前記スロットの任意の位置でポーリングをやりとりする方法でも、本発明の主旨を逸脱するものではない。
【００１５】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、請求項１は、リーダライタ自ら学習して変復調方式の使用頻度を計算するため、人の手を煩わすことなく、正確でしかもリアルタイムに実情に合ったポーリング送信を行うことができる。
請求項２は、異なるタイプのポーリングをサイクリックに行うため、制御が簡単となり、均一の頻度で平等にポーリングが可能となる。
請求項３は、１タイムスロット間の最後の応答信号を受信すると、次のポーリングを即座に開始するので、全体のプロトコル時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のＩＣカード用リーダライタの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の動作を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の動作を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態の共通動作であるポーリング送信にについて説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態の非接触型ＩＣカードの構成を示すブロック図である。
【図７】従来例におけるＩＣカードとリーダライタ間のプロトコルを説明する図である。
【符号の説明】
１ 送受信装置、２ 制御装置、３ メモリ装置、４ 変調器、５ 入力装置、６ 表示装置、７ 電力増幅器、８ 検波復調器、９ ループアンテナ、１０乱数発生装置、５０ コンピュータ、１００ リーダライタ。

Claims (3)

1. ＩＣカードのループアンテナを介して、所定の変復調方式に基づく搬送電力の送信とデータの授受を非接触にて行う非接触型ＩＣカード用リーダライタの制御方法において、
   複数のコマンド信号を交互に送信するポーリング送信ステップと、該ポーリング送信ステップにより送信されたコマンドに対する応答信号を検出する応答信号検出ステップと、複数の前記非接触型ＩＣカード間の通信の衝突防止のために乱数を発生する乱数発生ステップと、を備え、
   前記ポーリング送信ステップは、複数の異なる変復調方式のコマンドを順次送信し、前記応答信号検出ステップが前記乱数発生ステップから発生される乱数と一致した特定のコマンドに対応する応答信号を受信した場合、該特定のコマンドに対応する変復調方式に基づき、前記非接触型ＩＣカードとのデータの授受を行い、前記ポーリングの最大時間間隔内で前記特定のコマンドに対応する１若しくは複数の応答信号を受信した場合、該特定のコマンドに対応する変復調方式に基づき、前記非接触型ＩＣカードとのデータの授受を行うことを特徴とする非接触型ＩＣカード用リーダライタの制御方法。
2. 前記ポーリング送信ステップは、複数の異なる変復調方式のコマンドをポーリングの最大時間間隔単位で順次送信すると共に、前記異なる変復調方式の最後のポーリングが終了した場合、最初に送信した変復調方式に戻り、該動作を繰り返すことを特徴とする請求項１記載の非接触型ＩＣカード用リーダライタの制御方法。
3. 前記ポーリング送信ステップは、複数の異なる変復調方式のコマンドをポーリングの最大時間間隔単位で順次送信し、前記応答信号検出手段が前記ポーリングの最大時間間隔内で前記特定のコマンドに対応する複数の応答信号を受信した場合、次のポーリングを前記最大時間間隔を待たずに開始することを特徴とする請求項１記載の非接触型ＩＣカード用リーダライタの制御方法。

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